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Faune du sol et microflore.I.Modele animal et paradoxe fonctionnel

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Faune du sol et microflore.I.Modele animal et paradoxe fonctionnel

M. Pussard

To cite this version:

M. Pussard. Faune du sol et microflore.I.Modele animal et paradoxe fonctionnel. Agronomie, EDP

Sciences, 1991, 11 (4), pp.315-324. �hal-02715584�

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Zoologie (synthèse)

Faune du sol et microflore.

I. Modèle animal et paradoxe fonctionnel

M Pussard

INRA, station de recherches sur la faune du sol, 17, rue Sully, 21034 Dijon Cedex, France (Reçu le 16 mai 1990; accepté le 6 mars 1991)

Résumé — La lecture de la littérature nous apprend que la faune contribue à accroître de façon significative l’activité biologique d’un sol alors qu’elle ne participe que très peu au métabolisme global du milieu. Ce paradoxe caractérise le rôle des animaux dans le système des décomposeurs. En général, cet effet de stimulation est attribué à la libération par les animaux de substrats nutritifs supplémentaires utilisables par la microflore.

Cette interprétation n’est cependant pas compatible avec les caractéristiques biologiques du modèle animal : en rai-

son de leur forte taille individuelle et de la biomasse de leurs populations, les animaux ont une activité métabolique globalement négligeable par rapport à celle de la microflore. Le niveau de stimulation observé en leur présence ne peut donc être attribué totalement à de banales relations trophiques. Il est nécessaire d’envisager un autre méca-

nisme consommant moins d’énergie et de matières.

La comparaison des principales caractéristiques des divers groupes zoologiques montre que les protozoaires de-

vraient jouer un rôle particulièrement important dans le système saprophage et en particulier dans l’agrosystème.

faune du sol / relation animal-microflore / stimulation microbienne / activité animale / métabolisme animal

Summary — Soil animals and microflora. I. Animal pattern and functional paradox. A survey of the literature shows that the direct contribution of the fauna to total soil metabolism is negligible but that the fauna increases soil ac-

tivity significantly. This stimulating effect is generally attributed to animal activity which releases further nutriments for microflora.

This interpretation does not correspond with the biological characteristics of the animal model, due to their large size, and biomass of the animals, their metabolism is much lower than that of microflora. Animals cannot release sufficient nutriments to stimulate the microflora. Another stimulating mechanism which consumes less energy and matter there- fore has to be considered. A survey of the animal pattern shows that protozoa must play an important role in decom-

posing systems and agrosystems.

soil fauna / animal-microflora relation / microbial stimulation / animal activity / animal metabolism

INTRODUCTION

En dépit du développement des techniques de

culture hors sol, le sol demeure l’élément fonda- mental de la production végétale. Si l’efficacité des pratiques culturales de l’agriculture mo-

derne a pu donner l’impression qu’il n’était pas

nécessaire de mieux connaître les mécanismes

biologiques de la fertilité des sols, l’accumula- tion des problèmes incite actuellement à revenir à une conception plus nuancée. En ce qui

concerne les cultures hors sol, il n’est pas sans intérêt de signaler le fait que les dispositifs utili-

sés sont très rapidement colonisés par une mi- croflore et une microfaune complexes : il est

donc facile de prévoir que les facteurs biotiques

ont aussi leur importance dans ce mode d’exploi-

tation. En fait, c’est dans les milieux tels que

prairies et forêts, moins perturbés par l’activité humaine, qu’il est possible d’étudier les proces-

sus biologiques naturels complexes qui fournis-

sent à la végétation les nutriments nécessaires.

Parmi ces processus, les relations faune- microflore sont encore très imparfaitement

connues.

Dans ce travail, l’objectif que l’on s’est fixé est de préciser les principaux modes d’action de la faune sur l’activité microbienne et cela sans se

perdre dans l’infinie diversité des situations lo- cales liée à la nature du sol, au climat, à la végé-

tation, aux pratiques culturales, aux chaînes tro-

phiques considérées, etc.

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Une abondante littérature a été consacrée au

rôle de la faune dans le sol (en particulier Peter-

sen et Luxton, 1982; Coleman, 1985; Anderson et al, 1985; Lebrun, 1987; Lavelle, 1988; Ander- son, 1988; Persson, 1989). Dans l’ensemble, le rôle attribué aux animaux est paradoxal. En effet

de très nombreux auteurs, travaillant dans des conditions différentes, ont conclu à un très net effet de stimulation de tous les processus de dé-

gradation de la matière organique en présence

d’animaux. À titre d’exemple, nous évoquerons

ici 2 publications très souvent citées bien que leurs conclusions soient quelque peu contes- tées. Kurcheva (1960), puis Edwards et Heath (1963) ont montré qu’en présence d’animaux, la décomposition des feuilles de chêne est 3-5 fois

plus rapide qu’en présence de la seule micro- flore. Ce phénomène de stimulation lié à la faune est tout à fait général : il se manifeste

aussi en milieu aquatique et en microcosmes

simplifiés où les résultats sont moins contes- tables (Barsdate et al, 1974; Fenchel et Harri-

son, 1975). Le paradoxe réside dans le fait que l’intensité de la stimulation observée ne semble pas être en rapport avec le faible niveau des ac-

tivités animales, niveau qui ressort des 2 consta-

tations suivantes :

-

les animaux ne représentent que 20% de la biomasse des organismes vivant dans le sol, ra- cines exceptées (Bessard, 1961);

-

la majorité des zoologistes s’accorde pour ad- mettre que 10% au plus du métabolisme global

du sol sont imputables à la faune (MacFadyen, 1961; Edwards et al, 1970; Syers et al, 1979;

Persson et al, 1980; Satchell, 1983) d’où il pour- rait être déduit que le rôle des animaux est insi-

gnifiant.

Il existe donc bien un décalage considérable entre les conséquences fonctionnelles de la pré-

sence des animaux et le potentiel métabolique

de ces derniers. Ainsi apparaît le caractère para- doxal du rôle des animaux dans le système des décomposeurs. Dès 1961, MacFadyen commen-

tait ce phénomène de la manière suivante : It is

only recently that we have begun to realize that animals may have effects on the metabolism of the soil out of proportion to their own respiration

rates.

Pour expliquer l’augmentation de l’activité bio-

logique en présence d’animaux 2 possibilités

sont à envisager : ou bien les animaux agissent

directement sur la matière organique, ou bien ils

interviennent indirectement en modifiant l’activité de la microflore. Si la majorité des auteurs se ral-

lie à la deuxième hypothèse, c’est toujours en

évoquant la fourniture par les animaux de sub- strats supplémentaires et/ou de nutriments limi- tants (N,P) à la microflore. De ce point de vue,

les activités animales peuvent être réparties en

activités mécaniques (fragmentation, brassage, fouissement, dissémination de germes) et en ac-

tivités biochimiques (recyclage d’une partie de la

biomasse consommée, excrétions, sécrétions).

Cette théorie, relativement séduisante, n’a toute- fois jamais été réellement démontrée.

Dans ce premier article, nous chercherons à savoir si les caractéristiques biologiques du mo-

dèle animal sont compatibles avec la quantité d’énergie que les animaux devraient dépenser

pour fournir les substrats indispensables à la sti-

mulation de la microflore. Dans un deuxième ar-

ticle, nous examinerons l’état des connaissances

sur le régime alimentaire des animaux sapro-

phages : en consommant de la biomasse micro- bienne ceux-ci pourraient contrôler le niveau des populations et stimuler ces dernières par un effet

dépendant de la densité. Cette revue nous

conduira à proposer une autre hypothèse pour expliquer de façon plus satisfaisante le paradoxe

de l’action animale sur l’activité microbienne.

Malgré leur extrême diversité morphologique, biologique et fonctionnelle, les animaux du sol

possèdent en commun des caractères essentiels

qui les opposent aux bactéries et aux champi-

gnons : forte taille individuelle, mobilité, dépen-

dance nutritionnelle vis-à-vis de la microflore, phagotrophie, longueur du cycle biologique.

Ci-dessous nous examinerons plus particuliè-

rement les 4 premiers caractères afin de pouvoir

mieux comparer l’activité animale à l’activité mi- crobienne.

Il importe de préciser enfin que l’étude des re-

lations faune-microflore ne saurait être limitée au

seul milieu édaphique l’acquisition des

connaissances est ralentie par des difficultés mé-

thodologiques évidentes. Il est donc indispen-

sables d’utiliser les progrès substantiels réalisés dans l’étude des animaux aquatiques dont les rapports avec la microflore posent des pro- blèmes identiques.

Taille individuelle, activité métabolique,

biomasse et production

Taille individuelle et activité métabolique

La grande diversité de taille individuelle, donc de

poids individuel des animaux est une caractéristi-

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que majeure des groupes zoologiques représen-

tés dans le sol. Cela ne doit cependant pas mas- quer le fait que les animaux, même les plus pe- tits, ont une taille individuelle très supérieure à

celle des microorganismes. Les animaux les

moins volumineux sont sans conteste les proto- zoaires qui ne mesurent pas plus de quelques di-

zaines de μm; les plus gros invertébrés sont les lombriciens qui atteignent une longueur de plu- sieurs dm. Le volume corporel d’un protozoaire

de taille moyenne est d’environ 3 000 fois plus grand que celui d’une bactérie et 10 9 fois plus

faible que celui d’un lombricien. De telles diffé-

rences de volume et de poids individuel ont bien évidemment des répercussions importantes sur

le potentiel métabolique relatif des organismes.

C’est ainsi que l’activité métabolique ramenée à

l’unité de poids ou taux d’activité m (en kcal.g

-1 .j -1

) est liée au poids individuel (P en g)

par la relation empirique suivante :

où b est un coefficient négatif dont la valeur ab- solue varie assez peu autour de 0,250 tandis que

a dépend de l’activité considérée et du type d’or- ganisme (Reichle, 1968; Fenchel, 1974; Blue- weiss et al, 1978; Baldock et al, 1980; Lavigne, 1982). Ainsi le taux d’activité métabolique varie

en raison inverse du poids individuel. Cette rela- tion classique est très importante puisqu’elle per- met de comparer les activités des populations d’organismes différents. En effet, si nous consi- dérons 2 organismes de poids individuels très dif- férents (P 1 > > P 2 ) dont les populations ont des

biomasses inégales (B 1 < B 2 ) comme c’est le cas très souvent lorsqu’on compare un animal à une

bactérie, le rapport des activités globales (M 1 , M

2

) des 2 populations est

Il en résulte à l’évidence que M 1 est beaucoup plus faible que M 2 et que l’activité de la popula-

tion animale (M 1 ) est dans la plupart des cas si

faible qu’elle peut être négligée par rapport à celle de la population microbienne (M 2 ). Cette

constatation est très importante. À titre d’exemple nous pouvons prendre le cas des cul-

tures mixtes de protozoaires et de bactéries :

l’application des relations précédentes permet de

montrer que la respiration des protozoaires est négligeable par rapport à celle des bactéries et que l’augmentation du dégagement de CO 2 par rapport à la culture pure de bactéries provient

non pas de la respiration des protozoaires mais

de celles des bactéries (Coûteaux et al, 1988).

De même, Baath et al (1981) sont conduits à ad-

mettre que la participation des nématodes à la

respiration d’une culture mixte avec bactéries est tout à fait insignificante. À l’inverse, ces considérations montrent les risques d’erreur en-

courus lors de mesures respirométriques effec-

tuées sur des animaux non débarassés de la mi- croflore associée.

Biomasse

Dans le sol, les divers groupes animaux repré-

sentent des biomasses très différentes. C’est ainsi que le poids de lombriciens est d’environ 1 t/ha (poids de matières fraîches) alors que le poids de protozoaires ne représente qu’une cen-

taine de kg et celui de chaque groupe d’arthro-

podes s’exprime en kg. Ces différences ont pu

inspirer l’idée d’une hiérarchie fonctionnelle entre groupes zoologiques d’après la biomasse (cf par exemple Griffiths, 1990). En réalité la re-

lation indiquée ci-dessus montre qu’à biomasse égale les fonctions des populations ne sont pas forcément égales mais varient en raison inverse du poids individuel moyen. La comparaison des productions des différents groupes d’organismes

en fournit un bon exemple.

Production

La production annuelle de matière organique est

une des manifestations de l’activité métabolique

d’une population. Il est intéressant de l’exprimer

sous forme du taux de renouvellement annuel

ou taux de production (quotient de la production

annuelle par la biomasse moyenne). En climat tempéré humide, le taux de production d’amibes

ou de flagellés oscillerait, suivant les espèces,

entre 50 et 300 (Stout et Heal, 1967); celui des

thécamoebiens entre 14 et 25 (Lousier, 1974).

En revanche, dans les pelouses sèches du Co-

lorado la production annuelle des protozoaires

ne représenterait que 3-4 fois la biomasse moyenne (Elliott et Coleman, 1977). Dans l’en- semble, les protozoaires ressemblent aux autres

microorganismes par l’importance de leur pro- duction.

À l’opposé, les lombriciens ont un taux de pro- duction faible : en climat tempéré, Lumbricus ter-

restris (épianécique) et Allolobophora caliginosa (endogé) ont des taux de production respectifs

de 0,45 (Lakhani et Satchell, 1970) et de 1,1- 2,2 (Andersen, 1983). En climat tropical, les taux

de production d’espèces endogées (Genres Mill-

(5)

sonia et Dichogaster) oscillent entre 1,1 et 2,1 (Lamotte et Meyer, 1978). De fait, MacNeill et

Lawton (1970) placent les lombriciens parmi les

invertébrés à vie longue et à production faible.

En effet, taux de renouvellement et durée de vie sont grosso modo inversement proportionnels (Lamotte et Meyer, 1978). Sur un vaste échan- tillonnage d’invertébrés, le taux de production

oscille entre 0,13 et 6,3 (Lévèque et al, 1977).

Ces estimations de la production illustrent

bien la relation existant entre activités métaboli- ques et poids individuel. En effet, si nous admet-

tons que les protozoaires ont une biomasse 10

fois plus faible que celle des lombriciens et un taux de production 20 fois plus élevé, leur pro- duction annuelle serait le double de celle des lombriciens. Bien plus, l’application des relations proposées par Fenchel (1974) permet de calcu- ler que, toujours dans l’hypothèse d’un rapport

de biomasse de 1 à 10, les protozoaires auraient

une production 10 fois plus élevée que celle des lombriciens. Ainsi, chez ces derniers, l’impor-

tance de la biomasse est compensée par une activité métabolique relativement modeste.

En réalité, sur le plan fonctionnel, la produc-

tion est un paramètre beaucoup plus significatif

que la biomasse : alors que cette dernière cor-

respond à la quantité de nutriments immobilisés à un instant donné par les organismes, le taux

de production traduit l’intensité du renouvelle- ment de ces nutriments, donc leur mobilité et leur degré de disponibilité pour la communauté.

En conclusion, ces considérations sur la taille individuelle des animaux sont en parfait accord

avec le constat d’une faible participation des ani-

maux au métabolisme global du sol. En effet, la disproportion évoquée entre activités des lombri- ciens et des protozoaires s’accentue considéra- blement lorsque la comparaison porte non plus

sur les protozoaires mais sur les bactéries. En

conséquence le flux d’énergie et de matière pas- sant par les animaux doit être considéré comme

relativement peu important.

Les grandes différences de poids individuel

ont enfin un lien évident avec le degré de disper-

sion de la biomasse des divers groupes zoologi-

ques dans le sol. Ainsi, en dépit de leur forte bio- masse, les lombriciens ne sont que quelques

centaines d’individus au m 2 , tandis que sur cette même surface Stout et Heal (1967) estiment le

nombre de protozoaires à 1,7 x 10 12 . Alors que

l’activité des lombriciens est très localisée, celle des protozoaires est extrêmement diffuse.

Mobilité et activités mécaniques

Une particularité essentielle du modèle animal est la mobilité qui confère à l’individu un certain espace vital et la possibilité d’une optimisation permanente des conditions de vie. Cette faculté est primordiale en milieu édaphique puisque la

matrice solide ne permet pas un renouvellement suffisant des phases fluides, renouvellement in-

dispensable aux animaux fixés, vivant en milieu aquatique.

La mobilité est à l’origine d’un certain nombre d’effets des animaux sur la microflore (brassage, fouissement, dissémination de germes) souvent invoqués pour expliquer la stimulation de la mi- croflore. Mais, elle implique des dépenses éner- gétiques : ses divers effets vont donc être limités par l’énergie dont disposent les animaux.

Du point de vue de l’espace vital, les animaux du sol sont plus ou moins indépendants de la po- rosité du sol suivant qu’ils sont ou non fouis-

seurs.

De très nombreuses espèces doivent se

contenter de coloniser le réseau lacunaire pré-

existant : taille et rigidité du corps sont alors des

facteurs qui limitent l’espace vital.

Chez les espèces fouisseuses (certains ar- thropodes, de nombreux lombriciens), la

contrainte de taille est moins grande mais l’es-

pace vital est acquis au prix d’une dépense éner- gétique. Chez les lombriciens, le fouissement im-

plique essentiellement le tassement du sol (Lee, 1985) : la lumière de la galerie est donc formée

aux dépens de la porosité du sol; il en résulte

que la paroi des galeries est constituée de terre

tassée, facteur qui peut contribuer à diminuer l’infiltration latérale de l’eau et la diffusion ga-

zeuse. Les pressions exercées par les lombri- ciens lors du fouissement sont nettement infé- rieures à celles mesurées au niveau des racines

(MacKenzie et Dexter, 1988). Dans un sol com- pact, le fouissement est assuré par ingestion de

terre. Néanmoins, il s’est parfois révélé difficile

d’introduire une population lombricienne dans

des sols très tassés (Rushton, 1986).

(6)

Il faut signaler enfin que les galeries de lombri-

ciens ne représentent qu’une faible fraction de la

porosité totale du sol (moins de 1 % selon Lopes- Assad, 1987).

Dépendance nutritionnelle

Besoins en facteurs de croissance et emprunts enzymatiques

Le modèle animal est caractérisé par une régres-

sion du pouvoir de synthèse, très marquée déjà

au niveau des protozoaires (Lwoff, 1943). Cette régression physiologique a 2 sortes de consé-

quences sur le comportement alimentaire des animaux.

En premier lieu, ceux-ci doivent emprunter à d’autres organismes les molécules ou précur-

seurs dont ils ne savent pas faire la synthèse (facteurs de croissance ou vitamines). Ces sub-

stances indispensables proviennent des proies

vivantes chez les espèces carnassières ou phy- tophages et de la microflore chez les espèces sa- prophages qui consomment de la matière organi-

que en décomposition.

En second lieu, puisque les animaux sont cen-

sés ne disposer que d’une gamme réduite d’en- zymes digestifs propres, il faut bien admettre

qu’ils ne peuvent digérer que des substances or-

ganiques simples (Lavelle, 1988) ou les consti- tuants du protoplasme (Nielsen, 1967) à l’exclu-

sion des polymères structuraux (Zinkler, 1983) qui représentent pourtant la fraction essentielle de la matière organique parvenant au sol. Pour profiter de ces ressources nutritives récalci- trantes, les animaux saprophages doivent en principe utiliser l’activité enzymatique d’une mi-

croflore symbiotique ou en transit et même les

enzymes libres présentes dans le milieu (Hassal

et Jennings, 1975; Martin, 1984; Martin et Kukor, 1984).

Certains travaux (Nielsen, 1962; Zinkler, 1971;

Luxton, 1972; Dash et al, 1981) tendent à faire croire que les animaux du sol sont capables, par eux-mêmes, de digérer les polysaccharides

structuraux des végétaux et qu’ils peuvent de ce fait être considérés comme des décomposeurs primaires. En fait, les démonstrations expérimen-

tales ne sont pas probantes puisque les auteurs

n’ont pris aucune précaution pour éliminer la mi- croflore d’accompagnement et ses enzymes; il

en est de même dans la controverse relative à l’existence de cellulases animales. Il est très re-

grettable que les zoologistes du sol confondent si facilement animal et microflore associée.

Il est néanmoins clair que la régression physi- ologique a placé les animaux saprophages sous

une double dépendance vis-à-vis de la micro- flore : dépendance vitaminique et dépendance enzymatique.

Phagotrophie. Choix alimentaire, défécation

et excrétion

Phagotrophie

Le mode d’alimentation est avec la mobilité, le caractère distinctif le plus spectaculaire du mo-

dèle animal : au lieu d’avoir une digestion extra- corporelle comme les bactéries et les champi-

gnons, les animaux ingèrent les aliments et les

digèrents à l’intérieur de leur corps. Ce mode d’alimentation, la phagotrophie, procure de nom- breux avantages : économie en moyens enzy-

matiques, meilleur contrôle des activités enzy-

matiques, possibilité de favoriser sélectivement certains groupes microbiens, récupération plus complète des produits de la digestion. Il convient de signaler que les protozoaires phagotrophes occupent une place intermédiaire entre modèle animal et modèle microbien puisqu’ils sont ca- pables d’émettre des hydrolases extracellulaires et d’absorber les petites molécules à travers leur

surface cellulaire (Tiedtke et Rasmussen, 1988).

La phagotrophie correspond à l’existence d’un

appareil digestif plus ou moins complexe. Ce compartiment corporel a pour fonction de sé- questrer, de conditionner et de digérer une frac-

tion de milieu ambiant, puis d’assimiler les pro- duits de la digestion et enfin de rejeter les

éléments non digérés. Comme nous le précise-

rons ultérieurement, les microorganismes ingé-

rés ne se heurtent pas, dans l’appareil digestif,

aux défenses spécifiques mises en &oelig;uvre pour

empêcher leur pénétration dans les autres com- partiments de l’organisme : l’exemple classique

à cet égard est celui des lombriciens (Lasse-

gues, 1986; Lassalle et al, 1988).

L’ingestion des aliments est directement liée

au flux énergétique : il n’est donc pas étonnant que chez les arthropodes la quantité d’aliments ingérée par unité de poids suive en principe la

relation générale indiquée au chapitre 1 (Reichle, 1968). Chez les espèces géophages

toutefois, les quantités ingérées sont relative-

ment importantes puisqu’elles comportent une

fraction minérale considérable : elles sont d’au-

tant plus grandes que le pourcentage de matière

organique est plus faible (Lavelle et al, 1983).

(7)

Choix alimentaire

L’ingestion ne se fait pas au hasard : elle obéit à

un choix mis en évidence chez les protozoaires,

les arthropodes et les lombriciens. Dans ce der- nier cas, c’est à un tel choix que doivent être at- tribuées certaines différences de composition

entre turricules récoltés sur le terrain et échan- tillons du sol correspondant : les turricules sont

plus riches non seulement en éléments (N, P, K)

assimilables mais également en éléments totaux

et même en matières organiques (Lunt et Jacob-

son, 1944). Ces particularités de composition disparaissent dès lors que les lombriciens sont

expérimentalement placés dans des conditions où le choix devient difficile (Watanabe, 1975) :

les turricules sont alors plus pauvres en matières

organiques (pertes évaluées à 9-19% par Barois et Lavelle, 1986). En raison de l’existence d’un tel choix, il est difficile d’admettre avec Bouché et al (1983) que le contenu du tube digestif des

lombriciens puisse constituer un échantillon re-

présentatif de sol.

La phagotrophie a 2 conséquences impor-

tantes : la défécation et l’excrétion.

La défécation

Ce phénomène revêt une importance particulière

chez les animaux saprophages qui ne digèrent qu’une faible partie du bol alimentaire. Ils rejet-

tent la fraction non digérée sous forme de pe- lotes fécales, fèces ou turricules. Ces éléments dont la composition dépend du choix alimentaire contiennent les substances «récalcitrantes» mé-

langées à des substances émises par l’animal.

Après leur rejet dans le milieu extérieur, ils sont le siège d’une prolifération microbienne dont le résultat est une dégradation plus poussée des

substances organiques récalcitrantes, apparition

de molécules assimilables et augmentation

transitoire de la biomasse microbienne; cette évolution justifie souvent leur ingestion (copro- phagie) par des individus de la même espèce ou d’espèces différentes. La succession de tels

cycles d’ingestion-défécation qui aboutit à la mi- néralisation progressive des polymères (Har-

grave, 1976) suppose l’interaction étroite de l’animal et de la microflore.

Excrétion

Nous avons indiqué précédemment que les ani-

maux étaient censés n’assimiler que des sub- stances provenant de la digestion du proto-

plasme. La fraction assimilée par eux a donc des rapports C/N et C/P très proches des rapports corporels de l’animal lui-même. Pour assurer une

relative stabilité de sa composition, ce dernier

doit donc, pour compenser les pertes en carbone liées à la respiration, rejeter azote et phosphore

en excès. Cette excrétion se fait sous forme di- rectement assimilable par les plantes (N-NH 4 et phosphates) ou sous une forme très vite minéra- lisée par la microflore (urée, acide urique, allen- toïne, guanine). Ce phénomène d’excrétion est

général sauf chez certains groupes qui ont déve- loppé des mécanismes de stockage tels les ter-

mites pour l’azote. Sur le plan fonctionnel, l’ex- crétion animale est un processus de minéralisation de la matière organique. Par leur

minéralisation permanente, les animaux s’oppo-

seraient au modèle bactérien qui, dans les condi- tions normales, immobiliserait azote et phos- phore alors que le modèle fongique, comme le

modèle animal, aurait plutôt tendance à minérali-

ser ces éléments (Wright et Coleman, 1988).

L’excrétion correspond à une libération de nu-

triments utilisables par la microflore : d’après les

considérations exposées dans le paragraphe 1, l’importance de ce phénomène ne devrait pas être surestimée. S’il est tout à fait vraisemblable que l’azote puisse passer directement des lom- briciens aux plantes (Bouché et Ferrière, 1986) il

est douteux que cela puisse représenter plus de

80% des besoins des plantes. En prairie, Syers et al (1979) considèrent comme négligeable la

contribution des lombriciens à la minéralisation de l’azote tandis que dans les litières forestières Anderson et Ineson (1984) estiment à 7,5% seu-

lement le taux d’azote minéralisé d’origine ani- male; il convient de remarquer que cette dernière estimation est plus probable puisqu’elle est en parfait accord avec le pourcentage de l’activité métabolique du sol imputable aux animaux.

Les chercheurs du Natural Resource Ecology Laboratory de Fort Collins attribuent aussi le rôle

joué par les protozoaires dans la minéralisation de l’azote à l’excrétion par eux de N-NH 4 et vont

même jusqu’à supposer que ce phénomène puisse couvrir une part importante des besoins

en azote des végétaux (Anderson et al, 1981;

Woods et al, 1982; Clarholm, 1985). En criti- quant cette interprétation, Coûteaux et al (1988) remarquent que l’excrétion d’azote ammoniacal n’a vraiment été démontrée que chez des proto-

zoaires maintenus en culture axénique. De fait,

dans des cultures monoxéniques du cilié Colpo-

da aspera, Palka (1988) n’a pu déceler aucune

excrétion de cette forme d’azote. En réalité, dans

(8)

cette expérience, compte tenu de la relative fai- blesse de leur biomasse, les ciliés pourraient

n’avoir pas excrété assez d’azote pour dépasser

le seuil de détection de la méthode de dosage

utilisée. D’après les données publiées par Dol-

phin (1976) dans le cas de l’amibe Acanthamoe- ba castellanii entretenue en culture axénique, 1

ppm de N-NH 4 est rejeté par 15 000 amibes en

7 j. Il s’avère ainsi que l’excrétion azotée des pro- tozoaires, tout comme le rejet de C-CO 2 , puisse

être très faible et négligeable par rapport à celle des bactéries.

Puisque les bactéries accumulent le phos- phore sous forme de polyphosphates, les proto- zoaires bactériophages pourraient jouer un rôle

dans la minéralisation de cet élément. En milieu

aquatique, Johannes (1965) considère que l’ex- crétion de phosphates par les protozoaires est le

processus le plus important tandis que Barsdate et al (1974) envisagent plutôt une libération

accrue de phosphates par les bactéries elles-mêmes en présence de protozoaires. Dans

le sol, Cole et al (1978) sont plutôt favorables à

l’interprétation de Johannes. Il semble cependant

que la thèse de Barsdate et al (1974) soit plus

conforme aux caractéristiques du modèle animal.

En conclusion, les quantités d’azote et de phosphore excrétées par les animaux sont vrai- semblablement très faibles et ne peuvent être en rapport avec l’augmentation de la minéralisation de la matière organique constatée en présence

des animaux.

Conclusions

Nous devons d’abord reconnaître que les princi-

paux caractères du modèle animal sont en ac-

cord avec le principe reconnu d’une faible partici- pation animale au métabolisme global du sol.

Dans ces conditions, est-il possible d’expliquer l’importance paradoxale de la stimulation de la minéralisation en présence d’animaux ?

Pour répondre à cette question nous pren- drons comme exemple celui mentionné dans l’in-

troduction et relatif à la dégradation des feuilles de chêne qui serait 3-5 fois plus rapide en pré-

sence d’animaux qu’en leur absence. En premier lieu, les animaux ne peuvent pas dégrader

eux-mêmes la matière organique, même à un rythme beaucoup plus faible, non seulement en

raison de leur compétence enzymatique limitée

mais surtout en raison de la faible intensité de leur métabolisme. Leur action ne peut donc s’exercer que par l’intermédiaire de la microflore

libre ou commensale. Nous avons signalé que c’est précisément l’hypothèse à laquelle se ral-

lient tous les auteurs en supposant l’intervention de banales relations trophiques : les animaux re- jetteraient des nutriments (sécrétions, excré- tions) et/ou démasqueraient des substances (fragmentation, brassage, dissémination) inac-

cessibles autrement à la microflore. Nutriments et substrats devraient toutefois apparaître à un rythme tel que la microflore puisse multiplier son

activité par 3 ou 5, ce qui, compte tenu du ren- dement d’assimilation de la microflore, suppose- rait une activité animale particulièrement in-

tense, activité elle-même soutenue par l’utilisation préalable de produits microbiens,

source trophique apparemment essentielle aux

animaux saprophages (Pussard, 1991). Ceci

conduirait à admettre que la faune puisse avoir

dans ce scénario une activité métabolique glo-

balement supérieure à celle de la microflore pour entretenir le niveau de stimulation signalé

par certains auteurs.

Pour ces diverses raisons, il semble difficile

d’accepter à la fois un tel niveau de stimulation et l’hypothèse d’un mécanisme reposant unique-

ment sur de banales relations trophiques. Il faut préciser d’abord que des travaux plus récents (Baath et al, 1978; Setälä et al, 1988; Clarholm, 1989) concluent en fait à un niveau beaucoup plus modeste de la stimulation exercée par la faune. Il est certes possible d’objecter aussi que les activités animales puissent avoir un impact disproportionné dans la mesure les proces-

sus de dégradations microbiennes seraient ra-

lentis soit par une très faible disponibilité en

azote et/ou en phosphore, soit par des phéno-

mènes d’antibiose. Dans les 2 cas l’irruption d’un

animal restituant azote et phosphore prélevés

ailleurs et bouleversant les rapports existant lo- calement entre microorganismes pourrait suffire

à relancer localement l’activité microbienne. Il est évidemment difficile d’évaluer l’impact d’ac-

tions aussi localisées sur l’évolution globale de

la minéralisation dans la litière. Néanmoins, il

nous semble indispensable de suivre enfin le conseil que MacFadyen donnait dès 1961 aux zoologistes : We should take seriously the possi- bility that soil animals promote metabolism on a

vastly greater scale than that which results from their own internal physiology et de rechercher

une hypothèse qui mettrait en cause un méca- nisme de nature catalytique n’exigeant des ani-

maux qu’une dépense énergétique modeste.

Dans la deuxième partie de cet article, nous en-

visagerons la généralisation d’un tel mécanisme

(9)

mis en évidence récemment chez les proto- zoaires (Levrat, 1990).

Quels que soient les mécanismes en cause, les animaux, du fait de la faiblesse relative de leur densité de population, ont une action très lo-

calisée que tempèrent quelque peu leurs dépla-

cements. Seuls les protozoaires, et à un moindre degré les plus petits invertébrés tels les néma- todes, pourraient agir sur la microflore de façon

diffuse dans le sol. De plus, l’activité des proto- zoaires est liée à celle de la microflore bacté- rienne : protozoaires et bactéries ont en effet les

mêmes exigences en eau; la reprise d’activité (dékystement) et la croissance de la plupart des protozoaires semblent dépendre de la crois-

sance bactérienne; en raison de leur temps de génération court, les protozoaires sont pratique-

ment les seuls organismes bactériophages à se multiplier assez rapidement pour opposer une

réponse numérique à la multiplication bacté-

rienne. Enfin, les protozoaires seraient beau-

coup moins perturbés que les invertébrés par les

pratiques culturales (Hunt et al, 1989). D’où la nécessité d’accorder à ces animaux microscopi-

ques une attention particulière.

Il pourrait paraître superflu d’avoir évoqué,

comme nous l’avons fait, les caractères du mo-

dèle animal et des principes biologiques élémen-

taires. La nécessité de le faire est apparue à la lecture de la littérature consacrée au rôle de la faune dans le sol : nombreuses sont les hypo-

thèses de travail et les interprétations de résul-

tats expérimentaux qui sont contraires à de tels

principes. À titre d’exemple, nous évoquerons à

nouveau les théories qui attribuent une fraction

importante de l’azote puisé par les plantes tantôt

aux protozoaires, tantôt aux lombriciens : il n’est pas sans intérêt de remarquer que ces théories, trop exclusives, tendent à s’annuler réciproque-

ment. Le rappel des caractères du modèle ani- mal nous a permis de définir quelques notions générales permettant d’orienter le choix des hy- pothèses de travail et de juger les interprétations proposées. Certes la remise en cause de tels

principes théoriques est toujours possible mais à

la condition expresse d’une démonstration expé-

rimentale particulièrement irréprochable.

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